Теория эволюции

Откуда берутся новые формы живых систем?

ИсторияИзменение научных представлений о происхождении и развитии жизни на Земле

Все живое единовременно создано некой Высшей Силой и не подвергается изменению

(Креационизм)

Жизнь зародилась давным-давно и, в результате естественных процессов, разделилась на огромное количество видов

(Эволюционизм)

• В Древней Греции (VII-VI вв. до н.э.) возникли первые зачатки античной науки. Древнегреческие философы искали материальное первоначало, из которого возник мир.

Развитие эволюционных представлений

Гераклит из Эфеса впервые ввел в науку о природе четкое представление о постоянном изменении. Он учил, что всякое изменение есть результат борьбы.

Аристотель

Ученый, учитель Александра Македонского, последователь Платона.

Описал более 500 видов животных и расположил их в определенном порядке – от простых к сложным.

Во всех телах природы различал две стороны:А) МатерияБ) ФормаРазличал три вида души: растительную

(питающую), чувствующую (свойственна животным), разум (свойствен человеку)

Описал более 4000 видов животных и 8000 видов растений.

Разработал систематику живых организмов. Систематическое расположение видов дало возможность понять, что есть виды-родственники и виды, характеризующиеся далеким родством.

Идея родства между видами – указание на их развитие во времени.

Карл Линней (1707 - 1778)

Но, хоть именно Линней и ввел понятие «вид», а также закрепил

бинарную номенклатуру в науке…

… он полагал, что виды организмов созданы независимо друг от друга творцом, и неизменны.

«Видов столько, сколько различных форм создал в начале мира Всемогущий» - а значит поиски естественной системы природы – это попытка проникновения в план творения. Совершенство строения видов, взаимное соответствие внутренних органов, приспособленность к условиям существования все это объяснялось мудростью творца.

Теория «Трансформизма».

• Была распространена среди ученых XVII-XIX вв. Она базировалась на взглядах античных ученых.

• Сторонники теории: Р. Гук, Ж. Ламетри, Д. Дидро, Ж, Бюффон, И.В. Гете и др.

• Они допускали возможность целесообразности реакций организмов на изменения внешней среды, но не доказывали эволюционные преобразования видов.

Жан-Батист Ламарк

(1774-1829)

Автор первой эволюционной концепции. Он утверждал, что органы и системы органов животных и растений развиваются, либо деградируют в результате их упражнения или неупражнения.

Слабым местом его теории было то, что благоприобретенные признаки на самом деле не могут передаваться по наследству:(

1809 г. – «Философия зоологии»

• Ламарк приводит доказательства изменяемости видов (одно из доказательств – изменения под влиянием одомашнивания животных и окультуривания растений).

• Т.о. появляются еще два фактора, влияющих на эволюцию: фактор времени и условия внешней среды.

Из механизмов изменчивости организмов он выделил 2:

1) Стремление организмов к совершенствованию

2) Прямое влияние внешней среды и наследование признаков, приобретенных в течение жизни организма.

Первая четверть XIX века

• Ж. Кювье, исследуя строение организмов позвоночных животных, установил, что все органы – части одной целостной системы строение каждого органа закономерно соотносится со строением других органов.

• Ни одна часть тела не может изменяться без соответствующего изменения других частей.

• Соответствие строения органов животных друг другу Кювье назвал «принципом корреляций» (соотносительности».

Теория катастроф(Ж. Кювье)

• Ученый пришел к ней, изучая палеонтологические находки.

• Согласно теории – причина выимирания – периодически происходящие катастрофы, уничтожающие на больших территориях животных и растительность.

• Таких катастроф – 27.

Предпосылки создания теории Ч. Дарвина.

• Геологические:

Ч. Лайель доказывает несостоятельность теории катастроф: «Поверхность земли изменяется непрерывно, и не под влиянием каких либо особых сил, а под действием обычных повседневных факторов».

• Цитология и эмбриология:Сформулирована клеточная теория Шлейдена

и Шванна – в основе всех живых организмов – единообразный структурный элемент – клетка.

К.Бэр показал, что развитие всех организмов начинается с яйцеклетки и указал на сходство в строении зародышей животных, относящихся к разным классам.

Ж. Кювье разработал теорию типов, которое указывало на сходство строения животных в пределах типа, их возможное родство и происхождение от одного корня.

Автором первой стройной эволюционной концепции был Чарльз Дарвин, написавший по этому поводу книгу:

«О происхождении видов путем естественного отбора или о сохранении благоприятственных пород в борьбе за жизнь»

Чарльз Дарвин

(1809 - 1882)

Основная логика эволюционного учения

Наследственность

Изменчивость

Способность организмов к неограниченному размножению

Ограниченность условий среды

Организмы отличаются друг от друга и могут передавать свои характерные особенности потомкам

Борьба за существование

Выживают наиболее

приспособленные

Естественный отбор

Живые системы приспосабливаются к условиям окружающей среды

На планете Земля существует огромное количество видов живых организмов

Могут сосуществовать высоко организованные виды и виды с более примитивным уровнем организации

Естественный отбор

В итоге:

Доказательства эволюции

Эволюционный процесс изучается различными методами. Каждый из методов представляет свои доказательства.

Основные доказательства эволюции

Палеонтологические

Биогеографические

Морфологические

Эмбриологические

Генетические

Биохимические

Паразитологический метод

Палеонтологические доказательства

Ископаемыепереходные

формы

Палеонтологическиеряды

Ископаемые переходные формы

Ископаемые переходные формы – формы организмов, сочетающие признаки более древних и молодых групп. Находки и описание таких форм позволяют восстанавливать филогенез отдельных групп

Ихтиостега

Ихтиостега – ископаемая форма, которая позволяет связать рыб с наземными позвоночными.

Археоптерикс (первоптица)

Археоптерикс – переходная форма от рептилий к птицам юрского периода.

Признаки рептилий:• длинный хвост с

несросшимися позвонками

• брюшные ребра• развитые зубы

Признаки птиц:• тело покрыто

перьями• передние

конечности превращены в крылья

Палеонтологические ряды

Палеонтологические ряды – это ряды ископаемых форм, связанные друг с другом в процессе эволюции и отражающие ход филогенеза

Владимир Онуфриевич Ковалевский

(1842-1883) - известный русский зоолог, основоположник эволюционной палеонтологии. Автор классической реконструкции филогенетического ряда лошадей.

Наличие многих последовательно сменяющих друг друга форм позволило построить филогенетический ряд от эогиппуса до современной лошади

Эволюционное древо семейства лошадиных:1 – Эогиппус; 2 – Миогиппус; 3 – Меригиппус; 4 – Плиогиппус; 5 – Эквус (современная лошадь)

Биогеографические доказательства

Сравнениефлоры и фауны

Реликты

Сравнение флоры и фауны

Различия или сходства состава флоры и фауны могут быть связаны со временем геологического разделения материков.

Сравнение флоры и фауны

Австралия на протяжении более 120 млн. лет не соединялась с другими материками. В этот период происходило формирование особой фауны, развивались сумчатые и клоачные млекопитающие.

коала опоссум кускус пятнистый

ехиднаутконос

сумчатый дьявол сумчатый волккенгуру

Игуана

Следы геологического единства Южной Америки, Африки, острова Мадагаскар сохраняются в современной фауне. Например, ящерицы-игуаны Мадагаскара и Южной Америки.

Реликты

Реликтовые формы – это ныне живущие виды с комплексом признаков, характерных для давно вымерших групп прошлых эпох. Реликтовые формы свидетельствуют о флоре и фауне далекого прошлого Земли.

Гаттерия

Гаттерия – рептилия, обитающая в Новой Зеландии. Этот вид является единственным ныне живущим представителем подкласса Первоящеров в классе Рептилий.

Латимерия

Латимерия (целокант) – кистеперая рыба, обитающая в глубоководных участках у берегов Восточной Африки. Единственный представитель отряда Кистеперых рыб, наиболее близкий к наземным позвоночным.

Гинкго двулопастный

Гинкго двулопастный – реликтовое растение. В настоящее время распространено в Китае и Японии только как декоративное растение. Облик гинкго позволяет представить древесные формы, вымершие в юрском периоде.

Морфологическиедоказательства

Гомологияорганов

Рудименты Атавизмы

Гомология органов

Гомологичные органы – это органы, имеющие сходный план строения, выполняющие как сходные, так и различные функции и развивающиеся из сходных зачатков.

Гомология органов

Различные по внешнему виду и функциям конечности млекопитающих имеют сходный план строения и формирования: кости плеча, предплечья, запястья, пясти, фаланг пальцев.

Гомология органов

Гомология слуховых косточек позвоночных

1 – череп костной рыбы; 2 – череп пресмыкающегося; 3 – череп млекопитающего. Красным цветом обозначена наковальня, синим –молоточек, зеленым – стремечко

Изучение анатомии черепа в ряду высших и низших позвоночных позволило установить гомологию костей черепа у рыб и слуховых косточек у млекопитающих.

Рудименты

Рудиментарные органы – это органы, утратившие в филогенезе свое значение и функцию и остающиеся у организмов в виде недоразвитых образований

Рудименты у питона и кита Рудиментарные

косточки у китообразных на месте тазового пояса указывают на происхождение китов и дельфинов от типичных четвероногих

Рудиментарные задние конечности питона свидетельствуют о его происхождении от организмов с развитыми конечностями.

Рудиментарные органы у человека

Атавизмы

Атавистический орган – это орган (или структура), показывающий «возврат к предкам», в норме не встречающийся у современных форм.

Атавизмы у человека

Отличия рудиментов от атавизмов

• Рудименты встречаются у всех особей популяции, атавизмы – у отдельных индивидов;

• Рудимент всегда имеет определенную функцию, атавизм не имеет специальных функций, важных для вида.

Эмбриологические доказательства

«Законзародышевого

сходства»

Принципрекапитуляции

Закон зародышевого сходства

В XIX веке выдающийся натуралист К.Бэр сформулировал этот закон: чем более ранние стадии индивидуального развития исследуются, тем больше сходства обнаруживается между различными организмами.

Закон зародышевого сходства

Принцип рекапитуляции

В процессе онтогенеза повторяются (рекапитулируют) многие черты строения предковых форм: на ранних стадиях – более отдаленных предков, на поздних стадиях – близких предков.

Обобщенные данные позволили немецким ученым Ф.Мюллеру и Э.Геккелю сформулировать биогенетический закон: онтогенез (индивидуальное развитие) есть краткое и сжатое повторение филогенеза (исторического развития вида).

Э.Геккель

Биогенетический закон был развит и уточнен российским ученым А.Н.Северцовым, показавшим, что в онтогенезе повторяются стадии не взрослых предков, а их эмбриональных стадий; филогенез – это исторический ряд выбранных в ходе естественного отбора онтогенезов.

А.Н.Северцов

Принцип рекапитуляции У всех позвоночных

на определенной стадии развития существует хорда.

У многих насекомых личиночная стадия (гусеница – личинка) напоминает червей.

Генетические доказательства Эти доказательства позволяют

уточнить филогенетичекую близость разных групп животных и растений. Используются цитогенетические методы, методы ДНК, гибридизации.

Пример. Изучение повторных инверсий в хромосомах разных популяций у одного или близких видов позволяет установить возникновение этих инверсий и восстановить филогенез таких групп.

Биохимические и молекулярно-биологические доказательства

Изучение строения нуклеиновых кислот и белков. Процесс эволюции на молекулярном уровне связан с изменением состава нуклеотидов в ДНК и РНК, а также аминокислот в белках. «Молекулярные часы эволюции» - понятие, введенное американскими исследователями Э.Цукер-Кандлем и Л.Поллингом. Изучая закономерности эволюции белков, исследователи пришли к выводу, что для каждого конкретного типа белков скорость эволюции своя, и она постоянна. (Говоря об эволюции белка, мы подразумеваем соответствующий ген).

• Медленно изменяются, то есть являются консервативными уникальные гены, кодирующие жизненно важные белки (глобин, цитохром – дыхательный фермент и др.).

• Некоторые белки вируса гриппа эволюционируют в сотни раз быстрее, чем гемоглобин или цитохром. Благодаря этому к вирусу гриппа не формируется прочный иммунитет.

• Сравнение аминокислотной последовательности в белках рибосом, последовательности нуклеотидов рибосомных РНК у разных организмов подтверждает классификацию основных групп организмов.

Паразитологический метод

В некоторых случаях эффективным оказывается использование паразитологического метода изучения эволюции. Многочисленными исследованиями доказано, что эволюция паразитов и хозяев происходит сопряженно. В некоторых группах паразиты оказываются специфическими для видов, родов или семейств. Поэтому по присутствию определенных паразитов можно с большой точностью судить о филогенетических связях видов-хозяев.

Критерии вида

Вид – это группа особей, которых отличает общность в морфологии, физиологии, генетике, поведении. Особи внутри одного вида могут свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство и занимают на планете определенную область, называемую ареалом.

•Морфологический

•Генетический

•Этологический

•Физиологический

•Экологический

•Географический